O que nos permite descrever um gás de forma precisa, com base em poucas grandezas, como pressão, temperatura e volume? É o fato de ele ter um número inimaginável de constituintes. E se quisermos descrever um sistema microscópico?

Dispositivos que convertem recursos físicos de um tipo em outro são parte crucial de nosso dia a dia e para a qual normalmente não prestamos atenção. Motores em carros e trens, convertendo combustíveis e eletricidade em movimento; lâmpadas, transformando eletricidade em luz; usinas, que convertem os mais diversos recursos naturais em energia. Esses são poucos exemplos de uma longa lista de equipamentos e infraestruturas sem os quais nossa vida seria bem diferente.

Dispositivos que fazem essas conversões são denominados máquinas térmicas, e o estudo dessas conversões de recursos é o objetivo da termodinâmica, área da física que ganhou grande impulso quando as máquinas a vapor se tornaram as protagonistas da primeira Revolução Industrial.

Em sua forma mais moderna, a termodinâmica explica as propriedades das máquinas térmicas em termos das propriedades estatísticas do comportamento de conjuntos gigantescos de moléculas – a maior parte dos objetos de nosso cotidiano tem pelo menos 10²⁰ moléculas, ou seja, o algarismo 1 seguido de 20 zeros.